CN115207167A

CN115207167A - 一种硅抛光面的清洗方法

Info

Publication number: CN115207167A
Application number: CN202211125312.6A
Authority: CN
Inventors: 徐卓; 王红芳; 王平; 张文辉; 于全庆; 李锋; 史金超; 于波
Original assignee: Yingli Energy Development Tianjin Co ltd; Yingli Energy China Co Ltd; Yingli Energy Development Co Ltd
Current assignee: Yingli Energy Development Tianjin Co ltd; Yingli Energy China Co Ltd; Yingli Energy Development Co Ltd
Priority date: 2022-09-16
Filing date: 2022-09-16
Publication date: 2022-10-18
Anticipated expiration: 2042-09-16
Also published as: CN115207167B

Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体公开一种硅抛光面的清洗方法。所述清洗方法包括以下步骤：依次采用混合酸液和纯水分别对硅片进行清洗，得一级处理片，其中，所述混合酸液为包括磷酸、氟硼酸和硝酸的水溶液；依次采用碱性混合液和纯水分别对所述一级处理片进行清洗，得二级处理片，其中，所述碱性混合液为包括强碱和乙醇的水溶液；依次采用氧化液和纯水分别对所述二级处理片进行清洗，烘干，得抛光硅片，其中所述氧化液为包括氢氟酸和双氧水的水溶液。本发明提供的清洗方法能有效去除抛光工序残留的微小颗粒，降低表面粗糙度，改善表面形态；还能去除表面残留的有机物及金属离子，有利于后续钝化工艺，能够提升光电转换效率。

Description

一种硅抛光面的清洗方法

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种硅抛光面的清洗方法。

背景技术

在太阳能电池生产工艺中，无论P型电池或N型电池通常会采用背面抛光的处理方式，以降低背表面的复合面积，提升背面反射率，进而提高电池性能。背面抛光为单面抛光，即背面抛光、正面保持绒面。单面抛光的工艺步骤具体为：一面通过掩膜进行保护，另一面采用高浓度抛光液在高温下进行单面刻蚀，实现无掩膜一侧的抛光腐蚀效果。抛光刻蚀过程中，随着反应的进行，因抛光液浓度偏离、副产物增加以及前道工序的均匀度等因素，会导致抛光后硅片表面局部上存在细微的颗粒或微小突起等形状，影响整体的平整度，增大比表面积，影响后续的钝化效果，不利于电池效率及良率的进一步提升。

目前，通常以已有的表面缺陷为起始反应点，利用相对均匀的表面缺陷实现各项同性的腐蚀效果，但是对抛光面而言，表面粗糙度反而会有所增加，抛光面的平整度还是不能满足使用要求。因此，亟需研究一种硅片抛光后的清洗方法，对有效去除抛光工序留下的微小颗粒、改善表面形态以及去除表面有机物的残留具有重要意义。

发明内容

针对现有抛光后的硅片抛光面存在粗糙度高、平整度低等问题，本发明提供一种硅抛光面的清洗方法，能有效去除抛光工序残留的微小颗粒，降低表面粗糙度，改善表面形态；还能去除表面残留的有机物及金属离子，有利于后续钝化工艺，能够提升光电转换效率。

为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：

一种硅抛光面的清洗方法，所述清洗方法包括以下步骤

步骤一、依次采用混合酸液和纯水分别对硅片进行清洗，得一级处理片，其中，所述混合酸液为包括磷酸、氟硼酸和硝酸的水溶液；

步骤二、依次采用碱性混合液和纯水分别对所述一级处理片进行清洗，得二级处理片，其中，所述碱性混合液为包括强碱和乙醇的水溶液；

步骤三、依次采用氧化液、纯水分别对所述二级处理片进行清洗，烘干，得抛光硅片，其中所述氧化液为包括氢氟酸和双氧水的水溶液。

相对于现有技术，本申请提供的硅抛光面的清洗方法，具有以下优势：

本申请首先通过包括氟硼酸、硝酸、磷酸的混合酸液进行清洗，利用硝酸对硅表面进行氧化，同时对可能残留的金属及有机物进行氧化；利用氟硼酸及磷酸对表面氧化物进行慢速刻蚀，利用温度调节氟硼酸的活性及整体的反应速率，实现对表面平整度的修整，降低表面粗糙度；再通过强碱和乙醇对表面可能残留的反应副产物进行去除，确保表面清洁；最后通过氢氟酸对金属离子进行去除，再通过双氧水使表面覆盖一层薄氧化硅层，保护硅片表面，保证清洗后的抛光硅片在转入后续工序的过程中不受环境污染。

本申请提供的清洗方法主要用于硅片经过抛光后的清洗，能有效去除抛光工序残留的微小颗粒，降低表面粗糙度，改善表面形态；还能去除表面残留的有机物及金属离子，有利于后续钝化工艺，显著提升光电转换效率。

可选的，所述混合酸液包括如下体积百分比的各组分：磷酸水溶液：50%~60%，氟硼酸水溶液：5%~10%，硝酸水溶液：2%~5%，余量为水。

可选的，所述磷酸水溶液的浓度为80wt%~90wt%。

进一步可选的，所述磷酸水溶液的浓度为85wt%。

可选的，所述氟硼酸水溶液的浓度为45wt%~52wt%。

进一步可选的，所述氟硼酸水溶液的浓度为49wt%。

可选的，所述硝酸水溶液的浓度为60wt%~68wt%。

进一步可选的，所述硝酸水溶液的浓度为63wt%。

通过优选的混合酸液中各组分的配比，保证在清洗过程中能有效将硅片抛光面的微小颗粒去除，提升表面平整度，有利于后续钝化。

可选的，所述碱性混合液包括如下体积百分比的各组分：强碱水溶液：1%~5%，乙醇水溶液：5%~10%，余量为水。

可选的，所述强碱水溶液的浓度为45wt%~55wt%。

进一步可选的，所述强碱水溶液的浓度为50wt%。

可选的，所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。

可选的，所述乙醇水溶液的浓度为90wt%~95wt%。

进一步可选的，所述乙醇水溶液的浓度为95wt%。

通过优选的碱性混合液中各组分的配比，能有效将混合酸液清洗过程中可能残留的副产物以及有机物去除，确保表面清洁。

可选的，所述氧化液包括如下体积百分比的各组分：氢氟酸水溶液：3%~10%，双氧水水溶液：2%~10%，余量为水。

可选的，所述氢氟酸水溶液的浓度为40wt%~50wt%。

进一步可选的，所述氢氟酸水溶液的浓度为49%。

可选的，所述双氧水水溶液的浓度为28wt%~30wt%。

进一步可选的，所述双氧水水溶液的浓度为30wt%。

通过优选的氧化液中各组分的配比，能够有效去除硅片表面残留的有机物及金属离子，并在硅片表面形成极薄的氧化硅薄膜，能够有效防止烘干或空气中的微颗粒对表面的污染。

可选的，步骤一中，所述混合酸液清洗的条件为：温度为10℃~50℃，时间为1min~10min。

可选的，步骤二中，所述碱性混合液的清洗时间为1min~5min。

可选的，步骤三中，所述氧化液的清洗时间为2min~6min。

通过优选的清洗条件，能有效提高抛光面的平整度，改善表面形态，并能有效去除表面残留的有机物、副产物以及金属离子，有利于后续钝化工艺，进而提高电池的光电转化效率。

可选的，步骤一、步骤二和步骤三中，所述纯水的清洗条件为：温度为20℃~50℃，时间为2min~8min。

通过优选的纯水的清洗条件，保证硅片表面没有混合酸液、碱性混合液以及氧化液的残留。

可选的，所述烘干的条件为：温度为60℃~100℃，时间为5min~20min。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明实施例提供一种N型太阳能电池的制备工艺，包括以下步骤：

S1、对电阻率为1Ω·cm的N型单晶硅片进行制绒，反射率10%；

S2、对制绒后的N型硅片，进行硼扩散掺杂，方块电阻为120Ω；

S3、对硼扩散后的N型硅片进行单面刻蚀及单面抛光，背反射率为36%；

对抛光后硅片，采用如下清洗方法进行清洗：

采用混合酸液对硅片于40℃条件下清洗5min，其中上述混合酸液包括如下体积百分比的各组分：浓度为85wt%的磷酸水溶液：50%，浓度为49wt%的氟硼酸水溶液：7%，浓度为63wt%的硝酸水溶液：2%，余量为水；

采用纯水对上述清洗后的硅片于40℃条件下清洗5min，得一级处理片；

采用碱性混合液对上述一级处理片于常温条件下清洗3min；上述碱性混合液包括如下体积百分比的各组分：浓度为50wt%的氢氧化钾水溶液：2.5%，浓度为95wt%的乙醇水溶液：6%，余量为水；

采用纯水对上述清洗后的硅片于20℃条件下清洗8min，得二级处理片；

采用氧化液对所述二级处理片于常温条件下清洗5min，上述氧化液包括如下体积百分比的各组分：浓度为49wt%的氢氟酸水溶液：4%，浓度为30wt%的双氧水水溶液：6%，余量为水；

采用纯水对上述清洗后的硅片于30℃条件下清洗5min，再于60℃条件下烘干10min，得清洗后的抛光硅片；

S4、对清洗后N型硅片进行多晶硅沉积，厚度120nm；

S5、对沉积多晶硅后N型硅片进行去绕镀清洗；

S6、对去绕镀清洗后硅片，采用ALD沉积4nm厚氧化铝；

S7、对沉积氧化铝后硅片，采用PECVD法沉积80nm氮化硅；

S8、对沉积氮化硅后硅片，采用丝网印刷技术，在电池正背面形成电极，通过高温烧结，使金属与多晶硅形成良好接触；

S9、对烧结后电池片，进行电性能测试及分选。

实施例2

本实施例提供一种N型太阳能电池的制备工艺，与实施例1不同的在于：S3步骤中，对抛光后硅片，采用如下清洗方法进行清洗：

采用混合酸液对硅片于50℃条件下清洗1min，其中上述混合酸液包括如下体积百分比的各组分：浓度为90wt%的磷酸水溶液：55%，浓度为52wt%的氟硼酸水溶液：5%，浓度为68wt%的硝酸水溶液：5%，余量为水；

采用纯水对上述清洗后的硅片于50℃条件下清洗2min，得一级处理片；

采用碱性混合液对上述一级处理片于常温条件下清洗1min；上述碱性混合液包括如下体积百分比的各组分：浓度为55wt%的氢氧化钾水溶液：5%，浓度为93wt%的乙醇水溶液：10%，余量为水；

采用纯水对上述清洗后的硅片于35℃条件下清洗5min，得二级处理片；

采用氧化液对所述二级处理片于常温条件下清洗2min，上述氧化液包括如下体积百分比的各组分：浓度为45wt%的氢氟酸水溶液：10%，浓度为28wt%的双氧水水溶液：2%，余量为水；

采用纯水对上述清洗后的硅片于25℃条件下清洗6min，再于100℃条件下烘干5min，得清洗后的抛光硅片。

实施例3

采用混合酸液对硅片于10℃条件下清洗10min，其中上述混合酸液包括如下体积百分比的各组分：浓度为80wt%的磷酸水溶液：60%，浓度为45wt%的氟硼酸水溶液：10%，浓度为60wt%的硝酸水溶液：3%，余量为水；

采用纯水对上述清洗后的硅片于20℃条件下清洗6min，得一级处理片；

采用碱性混合液对上述一级处理片于常温条件下清洗5min；上述碱性混合液包括如下体积百分比的各组分：浓度为45wt%的氢氧化钾水溶液：1%，浓度为90wt%的乙醇水溶液：5%，余量为水；

采用氧化液对所述二级处理片于常温条件下清洗6min，上述氧化液包括如下体积百分比的各组分：浓度为40wt%的氢氟酸水溶液：3%，浓度为29wt%的双氧水水溶液：10%，余量为水；

采用纯水对上述清洗后的硅片于32℃条件下清洗4.5min，再于85℃条件下烘干20min，得清洗后的抛光硅片。

为了更好的说明本发明的技术方案，下面还通过对比例和本发明的实施例做进一步的对比。

对比例1

本对比例提供一种N型太阳能电池的制备工艺，与实施例1不同的在于：S3清洗步骤中，将混合酸液中浓度为85wt%的磷酸水溶液替换为浓度为49wt%的氢氟酸。

对比例2

本对比例提供一种N型太阳能电池的制备工艺，与实施例1不同的在于：S3清洗步骤中，将混合酸液中浓度为63wt%的硝酸水溶液替换为浓度为30wt%的双氧水溶液。

对比例3

本对比例提供一种N型太阳能电池的制备工艺，与实施例1不同的在于：S3清洗步骤中，将碱性混合液中浓度为50wt%的氢氧化钾水溶液替换为浓度为28wt%的氨水溶液。

对比例4

本对比例提供一种N型太阳能电池的制备工艺，与实施例1不同的在于：S3清洗步骤中，对抛光后硅片，采用如下清洗方法进行清洗，将混合酸液与氧化液的清洗顺序进行调换，具体如下：

采用氧化液对硅片于40℃条件下清洗5min，其中上述氧化液包括如下体积百分比的各组分：浓度为49wt%的氢氟酸水溶液：4%，浓度为30wt%的双氧水水溶液：6%，余量为水；

采用混合酸液对所述二级处理片于常温条件下清洗5min，上述混合酸液包括如下体积百分比的各组分：浓度为85wt%的磷酸水溶液：50%，浓度为49wt%的氟硼酸水溶液：7%，浓度为63wt%的硝酸水溶液：2%，余量为水；

采用纯水对上述清洗后的硅片于30℃条件下清洗5min，再于60℃条件下烘干10min，得清洗后的抛光硅片。

为了更好的说明本发明实施例提供的N型太阳能电池的特性，下面将实施例1~3以及对比例1~4备的N型太阳能电池进行性能检测，结果如下表1所示。

表1

上述Voc为开路电压，单位为mV；

上述Jsc为电流密度，单位为mA/cm²；

上述FF为填充因子，单位为%；

上述Eta为转化效率，单位为%。

从表1中可以看出，采用本申请提供的清洗方法，通过特性的组分以及特定的清洗顺序，使得本申请提供的N型太阳能电池的转化效率更高，由此说明采用特定组分以及特定顺序的清洗方法能有效果去除抛光工序残留的微小颗粒，降低表面粗糙度，改善表面形态；还能去除表面残留的有机物及金属离子，利于后续钝化工艺，能够提升光电转换效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种硅抛光面的清洗方法，其特征在于：所述清洗方法包括以下步骤：

步骤一、依次采用混合酸液和纯水分别对硅片进行清洗，得一级处理片，其中，所述混合酸液为包括磷酸、氟硼酸和硝酸的水溶液，所述混合酸液包括如下体积百分比的各组分：磷酸水溶液：50%~60%，氟硼酸水溶液：5%~10%，硝酸水溶液：2%~5%，余量为水；所述磷酸水溶液的浓度为80wt%~90wt%；所述氟硼酸水溶液的浓度为45wt%~52wt%；所述硝酸水溶液的浓度为60wt%~68wt%；

步骤三、依次采用氧化液和纯水分别对所述二级处理片进行清洗，烘干，得抛光硅片，其中所述氧化液为包括氢氟酸和双氧水的水溶液。

2.如权利要求1所述的硅抛光面的清洗方法，其特征在于：所述碱性混合液包括如下体积百分比的各组分：强碱水溶液：1%~5%，乙醇水溶液：5%~10%，余量为水；所述强碱水溶液的浓度为45wt%~55wt%；所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾；所述乙醇水溶液的浓度为90wt%~95wt%。

3.如权利要求1所述的硅抛光面的清洗方法，其特征在于：所述氧化液包括如下体积百分比的各组分：氢氟酸水溶液：3%~10%，双氧水水溶液：2%~10%，余量为水；所述氢氟酸水溶液的浓度为40wt%~50wt%；所述双氧水水溶液的浓度为28wt%~30wt%。

4.如权利要求1所述的硅抛光面的清洗方法，其特征在于：步骤一中，所述混合酸液清洗的条件为：温度为10℃~50℃，时间为1min~10min；和/或

步骤二中，所述碱性混合液的清洗时间为1min~5min；和/或

步骤三中，所述氧化液的清洗时间为2min~6min。

5.如权利要求1所述的硅抛光面的清洗方法，其特征在于：步骤一、步骤二和步骤三中，所述纯水的清洗条件为：温度为20℃~50℃，时间为2min~8min。

6.如权利要求1所述的硅抛光面的清洗方法，其特征在于：所述烘干的条件为：温度为60℃~100℃，时间为5min~20min。